迷宫最短路径.docx
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迷宫最短路径
湖南工业大学
课程设计
计算机与通信学院（系、部）2012~2013学年第2学期
课程名称数据结构课程设计指导教师xxxx职称副教授
学生姓名xxx专业班级计算机科学与技术学号xxxxxx
题目迷宫最短路径求法
成绩起止日期2013年6月26日～2013年6月27日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
张
4
5
6
湖南工业大学
课程设计任务书
2012—2013学年第2学期
计算机与通信学院（系、部）计算机科学与技术专业1203班级
课程名称：
数据结构课程设计
设计题目：
求迷宫问题的最短路径
完成期限：
自2013年6月25日至2013年6月27日共周
内
容
及
任
务
一：
设计的主要技术参数
1、函数的调用
2、公用体、结构体
3、循环语句和选择语句
4、队列
5、指针与数组的应用
6、结构体的应用
7：
遍历
三、设计工作量
1、函数编码设计
2、函数的调试及运行
3、系统的调试一、设计内容：
迷宫问题是实验心理学中的一个经典问题，心理学家把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫。
迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，心理学家在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以达到出口。
我们要解决的是如何找到一条迷宫的最短路径。
二、任务：
掌握结构化程序设计的主体思想，以自顶向下逐步求精的方法编制程序解决一些实际的问题，为将来编写软件积累一些典型的案例处理经验。
1.设计正确，方案合理。
2.界面友好，使用方便。
3.程序精炼，结构清晰。
4.设计报告，含程序设计说明，用户使用说明，源程序清单及程序框图。
5.上机演示。
6.按学号顺序选课题号，并在规定的时间内独自完成相关课题的C源程序编写、调整和运行。
源程序及编译生成各文件均保存在软盘中；
7.按本任务书的要求，按附录的要求编写《课程设计报告》（Word文档格式）。
并用A4的复印纸打印并装订。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
2013.06.25~2013.06.27
选题及组内成员分任务，开始熟悉课题并进行构思
2013.06.25
编写源程序、运行、修改
2013.06.26
编写文档并打印文稿
主
要
参
考
资
料
[1]谭浩强.C语言程序设计（第三版）［Ｍ］.北京：
清华大学出版社，2005
[2]数据结构实验教程［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，2005
[3]刘振鹏罗文劼石强.数据结构（第三版）中国铁道出版社
指导教师（签字）：
年月日
系（教研室）主任（签字）：
年月日
数据结构课程设计
设计说明书
求迷宫的最短路径
起止日期：
2013年6月25日至2013年6月27日
学生姓名
xxx
班级
计算机科学与技术1203
学号
xxxx
成绩
指导教师（签字）
计算机与通信学院（部）
2013年6月26日
1课程设计简介
1.1课程设计的目的
通过实验，掌握如下内容：
1：
进一步掌握指针、模板类、异常处理的使用；
2：
掌握队列的操作和实现方法；
3：
学习使用队列解决实际问题的能力；
4：
学习使用图的广度优先搜索解决实际问题的能力。
1.2课程设计内容
2
利用数据结构的队列遍历求出迷宫问题的最短路径。
迷宫求解问题如下：
迷宫问题是实验心理学中的一个经典问题，心理学家把一只老鼠从一个无顶盖的大盒子的入口处赶进迷宫。
迷宫中设置很多隔壁，对前进方向形成了多处障碍，心理学家在迷宫的唯一出口处放置了一块奶酪，吸引老鼠在迷宫中寻找通路以达到出口。
我们要解决的是如何找到一条迷宫的最短路径。
测试算法的迷宫由使用者设置，例如设置的迷宫如下图所示
1.3程序功能
打印老鼠走出迷宫的最短路径
2.程序算法及功能分析
2.1存储结构：
队列顺序存储
示意图如下：
2.2关键算法分析
核心算法思想：
1：
如果采用直接递归的方式，用栈很容易实现路径的输出，但是这条路径不一定是最短路径，为了改变算法，达到输出最短路径的目的，采用队列的实现方式。
2：
为查找最短路径，使用了图中的广度搜索。
算法的基本思路为：
从迷宫入口点（1,1）出发，向四周搜索，几下所有一步能到达的坐标点；然后依次再从这些点出发，再几下所有一步能到达的坐标点；依此类推，直到到达迷宫的出口点（m,n）为止，然后从出口点沿着搜索路径回溯到入口。
typedefstruct
{
intx,y;//行、列坐标
intpre;//链域
}sqtype;
sqtypesq[r];//作为队列的存储空间，记录被访问过的点
关键算法思想的描述和实现：
为寻求最短路径，采用广度优先搜索方法，使用队列实现路径存储，队列中每个元素用结构存储体系，包含迷宫坐标，队列中的序号，队首指针front,队尾指针rear,最后采用回溯的方法将路径打印出来。
算法1：
intSHORTPATH（intmaze[m2][n2]）//找迷宫maze的最短路径
{
inti,j,v,front,rear,x,y;
sq[1].x=1;//设定入口的行坐标
sq[1].y=1;//设定入口的纵坐标
sq[1].pre=0;
front=1;//进入迷宫时的队首指针
rear=1;//进入迷宫时的队尾指针
maze[1][1]=-1;//标记入口点已经到达
算法2：
遍历每个位置的四周，将没有走过的位置入队，形成树形的队列，通过出队操作就能找出最短路径
{
x=sq[front].x;y=sq[front].y;//（x，y）为出发点
for（v=0;v<8;v++）//搜索（x,y）的8个相邻点（i,j）是否可到达
{
i=x+move[v].x;
j=y+move[v].y;
if（maze[i][j]==0）//（i,j）为可到达点，将其入队
{
rear++;
sq[rear].x=i;sq[rear].y=j;
sq[rear].pre=front;
maze[i][j]=-1;//标记（i,j）已到达过的点
}
算法3：
广度优先搜索算法的实现，找到最短路径。
广度优先算法在此相当于树的层次遍历，如下图：
在迷宫地图中，关键算法三通过不断调用算法二就能将地图中可以走的位置入队，形成类似上图的树形结构，之后广度搜索到的最浅深度即为最短路径。
if（maze[i][j]==0）//（i,j）为可到达点，将其入队
{
rear++;
sq[rear].x=i;sq[rear].y=j;
sq[rear].pre=front;
maze[i][j]=-1;//标记（i,j）已到达过的点
}
if（（i==m）&&（j==n））//到达出口
{
PRINTPATH（sq,rear）;//打印路径
//RESTORE（maze）;//恢复迷宫
return1;//成功，返回1
}
算法4：
使用队列指针查找队首指针的方式，从队尾回溯到队首，标记出最短路径。
队列的元素示意如图：
intSHORTPATH（intmaze[m2][n2]）//找迷宫maze的最短路径
{
inti,j,v,front,rear,x,y;
sq[1].x=1;
sq[1].y=1;
sq[1].pre=0;
front=1;
rear=1;
maze[1][1]=-1;//标记入口点已经到达
while（front<=rear）//队列非空
{
x=sq[front].x;y=sq[front].y;//（x，y）为出发点
for（v=0;v<8;v++）//搜索（x,y）的8个相邻点（i,j）是否可到达
{
i=x+move[v].x;
j=y+move[v].y;
if（maze[i][j]==0）//（i,j）为可到达点，将其入队
{
rear++;
sq[rear].x=i;sq[rear].y=j;
sq[rear].pre=front;
maze[i][j]=-1;//标记（i,j）已到达过的点
}
if（（i==m）&&（j==n））//到达出口
{
PRINTPATH（sq,rear）;//打印路径
//RESTORE（maze）;//恢复迷宫
return1;//成功，返回1
}
}
front++;//出队，front指向新的出发点
}//队空循环结束
return0;//迷宫无路径，返回0
}
时间复杂度和空间复杂度
算法一盒二的时间复杂度与空间复杂度均为O
（1）。
算法三占用空间为迷宫边长n的平方，故空间复杂度为O（n*n）.最多走n*n步，最少走1步，故时间复杂度为O（n*n/2）。
1用代码创建3个文件夹，用于存放数据
。
main（）{
if（（fp=fopen（"c:
\\book.txt","rb+"））==NULL）{
printf（"在c盘根目录下没有找到储存图书信息的book.txt文件\n请选择1--手动导入！
2--创建此文件\n"）;
scanf（"%d",&xuan）;
switch（xuan）{
case2:
if（（fp=fopen（"c:
\\book.txt","wb+"））!
=NULL）
printf（"创建成功\n\n"）;
break;
case1:
printf（"请把名为book.txt的文件复制到c盘根目录下\n\n"）;
}
}
if（（fpj=fopen（"c:
\\jieyue.txt","rb+"））==NULL）{
printf（"在c盘根目录下没有找到储存借阅信息的jieyue.txt文件\n请选择1--手动导入！
2--创建此文件\n"）;
scanf（"%d",&xuan）;
switch（xuan）{
case2:
if（（fpj=fopen（"c:
\\jieyue.txt","wb+"））!
=NULL）
printf（"创建成功\n\n"）;
break;
case1:
printf（"请把名为jieyue.txt的文件复制到c盘根目录下\n\n"）;
}
}
if（（fps=fopen（"c:
\\student.txt","rb+"））==NULL）{
printf（"在c盘根目录下没有找到储存学生信息的student.txt文件\n请选择1--手动导入！
2--创建此文件\n"）;
scanf（"%d",&xuan）;
switch（xuan）{
case2:
if（（fps=fopen（"c:
\\student.txt","wb+"））!
=NULL）
printf（"创建成功\n\n"）;
break;
case1:
printf（"请把名为student.txt的文件复制到c盘根目录下\n\n"）;
}
}
2,。
进入界面
voidmenu（）//菜单
{system（"cls"）;
printf（"\n\n"）;
printf（"*************欢迎进入图书管理查询系统********\n"）;
for（i=0;i<80;i++）
printf（"#"）;
printf（"\n"）;
printf（"\t\t1-----图书录入\t\t\t"）;
printf（"2-----图书浏览\n\n"）;
printf（"\t\t3-----图书查询\t\t\t"）;
printf（"4-----修改删除图书\n\n"）;
printf（"\t\t5-----借阅图书\t\t\t"）;
printf（"6-----归还图书\n\n"）;
printf（"\t\t7-----借阅查询\t\t\t\n"）;
printf（"\n\t\t\t\t输入其他任意键退出\n"）;
printf（"\n"）;
for（i=0;i<80;i++）
printf（"#"）;
printf（"\n\n"）;
}
2录入图书，输入图书的8种信息，图书名，图书编号，图书作者，出版日期，价格，出版社，类别，入库，成功后返回主菜单。
voidend（）//录入图书
{system（"cls"）;
boboo,booq;
printf（"请输入图书名（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.name）;
do{
i=1;
printf（"请输入图书编号（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.num）;
fread（&booq,sizeof（bo）,1,fp）;
while（!
feof（fp））{
if（strcmp（booq.num,boo.num）==0）{
printf（"\n该编号已存在请重新输入\n\n"）;
i=0;
break;
}
fread（&booq,sizeof（bo）,1,fp）;
}
rewind（fp）;
}while（i==0）;
printf（"请输入图书作者（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.writer）;
printf（"请输入图书出版日期（例如2001年5月3日出版则输入20010503）：
"）;
scanf（"%d",&boo.date）;
printf（"请输入图书价格：
"）;
scanf（"%f",&boo.price）;
printf（"请输入图书出版社（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.press）;
printf（"请输入图书类别（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.leibie）;
printf（"请输入图书入库数：
"）;
scanf（"%d",&boo.kucun）;
boo.jiechu=0;
getchar（）;
fseek（fp,0,2）;
fwrite（&boo,sizeof（bo）,1,fp）;
printf（"\n录入成功！
回到主菜单"）;
system（"pause"）;
}
9其他键自动退出
学了一个学期的C语言，功底还不扎实，再说C语言学的也并不好，刚做课程实际时，觉得自己肯定无法完成这项工作的，但经过慢慢的尝试探索，不断的发现错误改正错误，还是将其完成了，虽然并不完美
近一个礼拜中,我们有过山穷水尽的困惑；有过柳暗花明的惊喜；有过唇枪舌剑的辩论；有过相互鼓励的安慰。
一个多礼拜的时间我们经历了很多，也收获了很多。
与其说它是体力与脑力的作业，不如说它是合作精神和毅力的考验。
经过这次课程设计，我学到了很多知识和技能，并学会了用所学的知识解决实际问题。
同过本次的课程设计，巩固了我的C语言知识，发现了自身的诸多不足之处，总之，这是一次很好的锻炼机会
参考文献
[4]谭浩强.C语言程序设计（第三版）［Ｍ］.北京：
清华大学出版社，2005
[5]廖雷、罗代忠.C语言程序设计基础实验教程［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，2005
[6]谭浩强.C程序设计解题与上机指导（第三版）［Ｍ］.北京：
清华大学出版社，2005
[7]廖雷等.C语言程序设计基础［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，2004
[8]谭浩强，张基温，唐永炎.C语言程序设计教程. 北京:
高等教育出版社，2003
附源代码
#include
#include
#include
FILE*fp,*fpj,*fps;
inti,xuan;
typedefstructbook{
charname[10];
charnum[10];
charwriter[10];
intdate;
charpress[10];
floatprice;
charleibie[10];
intkucun;
intjiechu;
}bo;
typedefstructstudent{
charname[10];
charnum[10];
intjie;
}st;
typedefstructjieyue{
charsnum[10];
charbnum[10];
}ji;
voidmenu（）//菜单
{system（"cls"）;
printf（"\n\n"）;
printf（"*************欢迎进入图书管理查询系统********\n"）;
for（i=0;i<80;i++）
printf（"#"）;
printf（"\n"）;
printf（"\t\t1-----图书录入\t\t\t"）;
printf（"2-----图书浏览\n\n"）;
printf（"\t\t3-----图书查询\t\t\t"）;
printf（"4-----修改删除图书\n\n"）;
printf（"\t\t5-----借阅图书\t\t\t"）;
printf（"6-----归还图书\n\n"）;
printf（"\t\t7-----借阅查询\t\t\t\n"）;
printf（"\n\t\t\t\t输入其他任意键退出\n"）;
printf（"\n"）;
for（i=0;i<80;i++）
printf（"#"）;
printf（"\n\n"）;
}
voidend（）//录入图书
{system（"cls"）;
boboo,booq;
printf（"请输入图书名（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.name）;
do{
i=1;
printf（"请输入图书编号（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.num）;
fread（&booq,sizeof（bo）,1,fp）;
while（!
feof（fp））{
if（strcmp（booq.num,boo.num）==0）{
printf（"\n该编号已存在请重新输入\n\n"）;
i=0;
break;
}
fread（&booq,sizeof（bo）,1,fp）;
}
rewind（fp）;
}while（i==0）;
printf（"请输入图书作者（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.writer）;
printf（"请输入图书出版日期（例如2001年5月3日出版则输入20010503）：
"）;
scanf（"%d",&boo.date）;
printf（"请输入图书价格：
"）;
scanf（"%f",&boo.price）;
printf（"请输入图书出版社（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.press）;
printf（"请输入图书类别（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",boo.leibie）;
printf（"请输入图书入库数：
"）;
scanf（"%d",&boo.kucun）;
boo.jiechu=0;
getchar（）;
fseek（fp,0,2）;
fwrite（&boo,sizeof（bo）,1,fp）;
printf（"\n录入成功！
回到主菜单"）;
system（"pause"）;
}
voidprint（）//浏览图书
{system（"cls"）;
boboo;
printf（"书名编号作者价格出版社类别原始库存借出\n"）;
fread（&boo,sizeof（bo）,1,fp）;
while（feof（fp）==0）{
printf（"%-10s%-10s%-10s%-10.2f%-10s%-10s%-10d%-4d\n",boo.name,boo.num,boo.writer,boo.price,boo.press,boo.leibie,boo.kucun,boo.jiechu）;
fread（&boo,sizeof（bo）,1,fp）;
}
printf（"\n浏览图书完毕！
回到主菜单"）;
system（"pause"）;
}
intdui（char*p,char*p1）//对比两个字符串的相关度（用于精确搜索）
{
intbao=0,fan=1;
for（i=0;i<（int）strlen（p1）;i++）{
if（p[0]==p1[i]）{
bao=i;
break;
}
}
if（（int）strlen（p）>（int）strlen（p1）-bao+1）
return0;
else
for（i=0;i<（int）strlen（p）;i++）{
if（p[i]!
=p1[bao+i]）
fan=0;
}
returnfan;
}
voidfind（）//查询图书
{system（"cls"）;
charhao[10];
intfan=1;
intbian=1;
boboo;
printf（"请选择查询类型：
\n\n\t\t1-按图书编号模糊查询2-按图书名关键字查询\n"）;
printf（"\n\t\t3-按图书编号精确查询4-按图书名精确查询\n\n代码：
"）;
scanf（"%d",&xuan）;
if（xuan==1）{
printf（"请输入编号（最多十个字符）：
"）;
scanf（"%s",hao）;
printf（"序号书名编号作者价格出版社类别原始库存借出\n"）;
fread（&boo,sizeof（bo）,1,fp）;
while（!
feof（fp））{
fan=dui（hao,boo.num）;
if（fan==1）{
printf（"%-5d%-10s%-10s%-
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